2020 冶金学(东北大学) 最新满分章节测试答案

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本课程起止时间为:2020-09-14到2020-12-31
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【作业】第一章 现代高炉炼铁工艺 第一章作业

1、 问题:高炉生产概述什么叫生铁？生铁有哪些种类？
评分规则: 【 生铁是含碳(C)1.7%0 以上并含有一定数量的硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)等元素的铁碳合金的统称，主要用高炉生产。
三大类：供炼钢用的炼钢铁，供铸造机件和工具用的铸造铁以及特种生铁。
】

2、 问题:高炉炼铁的工艺流程由哪几部分组成?
评分规则: 【 在高炉炼铁生产中,高炉是工艺流程的主体，从其上部装人的铁矿石、燃料和熔剂向下运动; 下部鼓入空气燃烧燃料,产生大量的高温还原性气体向上运动; 炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程,最后生成液态炉渣和生铁。
它的工艺流程系统除高炉本体外,还有上料系统装料系统送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统等。
】

3、 问题:简述高炉区域划分及各区域内进行的主要反应和特征
评分规则: 【 块状带。该区域内,炉料中水分蒸发及受热分解,铁矿石还原,炉料与煤气热交换;焦炭与矿石以层状交替分布,呈固体状态;以气固相反应为主。
软熔带。炉料在该区域软化,在下部边界开始熔融滴落;主要进行直接还原反应,初渣形成。
滴落带。滴落的液态渣、铁与煤气及固体炭之间进行多种复杂的化学反应
燃烧带。喷入的燃料与热风发生燃烧反应,产生高热煤气,是炉内温度最高的区域。
渣铁盛聚带。在渣、铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应
】

4、 问题:高炉渣有哪些用途?（至少写出三种）
评分规则: 【 液态炉渣用水急冷成水渣,可做水泥原料。液态炉渣用高压蒸汽或高压空气吹成渣棉,可做绝热保温材料。液态炉渣用少量高压水冲到一个旋转的滚筒上急冷而成膨珠(膨胀渣),是良好的保温材料。也用做轻质混凝土骨料。用炉渣制成的矿渣砖、干渣块可做铺路材料
】

5、 问题:介绍高炉技术经济指标
评分规则: 【 有效容积利用系数，高炉单位有效容积的日产铁量.焦比,指生产每吨生铁所消耗的焦炭量(干焦)。     燃料比。喷吹燃料时,高炉的能耗情况用燃料比表示,即1t生铁消耗各种入炉燃料的总和。     综合焦比(K)。综合焦比是指生产1t生铁实际耗用的焦炭量(焦比)以及各种辅助燃料折算为相应干焦的和冶炼强度(I),指单位体积高炉有效容积内的焦炭日消耗量:焦炭负荷,指每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦炭重量之比生铁合格率,指合格生铁量占高炉总产量的百分比。休风率,指高炉休风时间占规定作业时间的百分比。降低休风率是增产节约的重要生铁成本,指生产1t生铁所需的费用。高炉一代寿命（炉龄）
】

【作业】第二章 高炉炼铁原料 第二章 作业

1、 问题:铁矿石的质量从哪几个方面评价？
评分规则: 【 成分：矿石品位（矿石含铁量）,脉石成分，有害杂质和有益元素含量
粒度和强度还原性化学成分稳定性
】

2、 问题:高炉为什么要用熔剂?常用的熔剂有哪几种?对熔剂的要求是什么？
评分规则: 【 由于高炉造渣的需要,高炉配料中常加入一定数量的助熔剂,简称熔剂。其目的是使脉石中高熔点氧化物(SiO21713℃，Al2O32050℃，Ca02570℃)生成低熔点化合物,形成流动性良好的炉渣达到渣铁分离和去除杂质的目的。
根据矿石中脉石和燃料灰分成分不同,以及冶炼生铁品种和质量要求高炉使用熔剂有碱性的石灰石（CaCO3）白云石(Ca,Mg)OO3]、菱镁石(MgO3);酸性的硅石(SiO2)。还有兼作含MgO和酸性熔剂的镁橄榄石和蛇纹石(3MgO·2SO2·2H2O)以及洗炉用的萤石等近年来也有转炉钢渣代替石灰石和白云石作为熔剂调节炉渣碱度的
要求：（1)有效的熔剂性要高。对碱性熔剂要求(CaO+MgO)含量高,(SiO2+Al2O3)含量低,对酸性熔剂来说就是要求SiO2含量高,一般要求硅石的SiO2含量在90%以上。(2)有害杂质S、P含量愈少愈好。(3)粒度要均匀。石灰石粒度控制在25~50mm(300m3以下小高炉可控制在10~30mm),硅石的粒度控制在10-30mm。
】

3、 问题:.高炉在焦炭中起什么作用？高炉生产对焦炭有什么质量要求？
评分规则: 【 (1),燃料。焦炭在风口前与鼓风中的氧反应燃烧,放出热量。高炉冶炼所消耗70%~80%来自燃料燃烧。(2)还原剂、高炉冶炼主要是生铁中的铁和其他合金元素的还原及渗碳过程,而含的固定碳以及焦炭燃烧产生的CO是铁及其他氧化物进行还原的还原剂。(3)料柱骨架。由于焦炭占高炉料柱1/3-1/2的体积,在高炉冶炼条件下,焦炭也不软化,能起到支持料柱、维持炉内透气性的骨架作用。在高炉下部,矿石和熔剂化并熔化为液体,只有焦炭仍以固体状态存在,从而保证高炉下部料柱的透气性,使初始分布良好。焦炭的这一作用目前还没有其他燃料能代替。(4)生铁渗碳的碳源。每吨炼钢生铁渗碳消耗的焦炭在50kg左右。
(1)碳含量高、灰分含量低。固定碳和灰分是焦炭的主要组成部分,两者互为消长关系。比升高、产量降低。降低焦炭灰分含量的主要措施是加强洗煤、合理配煤。炼焦过程不能降低灰分含量。(2)有害杂减少。高炉中的硫约80%来自焦炭。当焦炭硫含量高时,需要多加石灰石以提高炉渣碱度脱硫,致使渣量增加。洗煤、炼焦过程中可去除10%~30%的硫。此外,合理配煤也是控制焦炭硫含量的措施之一。焦炭含磷一般很少(3)成分定一探发分含量适中,含水率低且稳定(4)强度高。机械强度差的焦炭,在转运过程和炉内下降过程中破裂产生大量粉末,使料柱透气性恶化,炉况不顺。Ma和M0指标作为日常生产检验指标,其重要性仍不可忽视。(5)焦炭均匀。使高炉透气性良好,但粒度稳定与否取决于焦炭强度。(6)焦炭高温性能(包括反应性和反应后强度
】

4、 问题:.简述抽风烧结过程，该过程分层情况
评分规则: 【 抽风烧绩过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理,按一定比例加水混合,铺在上,然后从上部点火、下部抽风,自上而下进行烧结,得到烧结矿
取一台车剖面分析,烧结过程大致可分为五层，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。从火烧结开始,这五层依次出现,一定时间后又依次消失,最终剩下烧结矿层。
】

5、 问题:什么是球团？球团矿质量指标有哪些？
评分规则: 【 球团是人造块状原料的一种方法。它是将精矿粉、熔剂(有时还有黏结剂和燃料)的混合物在造球机中滚成直径为8-15mm的生球,然后干燥、焙烧、固结成为具有良好冶金性的含铁原料。
生球质量指标：生球粒度，生球抗压强度，生球落下强度，生球破裂强度球团矿质量指标：冷强度，还原性，高温软化及熔融特性
】

【作业】第三章 高炉炼铁基础理论 第三章 作业

1、 问题:为什么说消耗碳的直接还原反应实际上是通过气相的CO和H2来进行的？
评分规则: 【 在高温区，H2、CO还原FeO产生H2O、CO2 ，立即与焦炭发生反应又生成H2和CO，接着参与还原，最终归结为消耗碳的真空还原反应。可见，H2和CO在高温直接还原区反应的条件下起着中间媒介的作用，从而推动了碳的真接还原反应的进行。由于固态的铁氧化物与焦炭之间的直接反应、浸在渣中的焦炭与FeO的直接还原是有限的.
】

2、 问题:如何加速铁矿石还原？
评分规则: 【 A．改善矿石性质（1）改善矿石的孔隙率（2）缩小矿石粒度（3）改善矿石矿物组成
B． 控制煤气流条件（1）保证足够高的煤气温度是进行界面还原反应的必备条件。（2）控制煤气流速（3）控制煤气的压力（4）提高煤气中还原性气体CO和H2的浓度。
】

3、 问题:简述渗碳和生铁的形成
评分规则: 【 生铁的形成过程,主要是在已还原出来的金属铁中逐渐溶人其他合金元素和渗碳的过程(1)第一阶段。CO在低温下析出的炭黑渗碳，这种粒度极小的固体碳化学活泼性很强。渗碳发生在800℃以下的区域,即高炉炉身的中上部位有少量金属铁出现的固相区域。这阶段的渗碳量占全部渗碳量的1.5%左右。(2)第二阶段。此阶段为液态铁的渗碳。铁滴形成之后与焦炭直接接触,碳与铁形成Fe3C。由于液体状态下铁与焦炭的接触条件得到改善,加快了渗碳过程,到炉腹处时金属铁中已含有4%左右的碳了,与最终生铁的碳含量差不多。(3)第三阶段。发生炉缸内的渗碳过程。炉缸部分只进行少量渗碳,一般渗碳量只有0.1%~0.5%。综上可知,生铁的渗碳是沿着整个高炉高度而进行的,在滴落带尤为迅速。这三个阶段中任何阶段的渗碳量增加,都会导致生铁碳含量的增高。生铁的最终碳含量还与生铁中其他元素的含量有关,特别是硅和锰
】

4、 问题:造渣的目的与作用是什么
评分规则: 【 矿石中的脉石和焦炭的灰分多为SiO2、Al2O3等酸性氧化物,熔点很高(SiO21713℃, AL2O32050℃左右)。它们组成的低熔点化合物仍然具有较高的熔化温度(约1545℃C),因此在高炉中只能形成一些非常黏稠的物质,难以流动。尽管熔剂中的Ca0和MgO自身的熔点也很高(CaO2570℃,MgO2800℃),但它能与SiO2、Al2O3结合成低熔点(低于1400℃)化合物,在高炉内熔化并形成流动性良好的炉渣。可见造渣就是加入熔剂与脉石和灰分相互作用和灰分相互作用,并将不进入生铁的物质溶解、汇集成渣的过程。
】

5、 问题:什么是炉渣的黏度？它对高炉冶炼有什么影响？
评分规则: 【 炉渣黏度直接关系到炉渣流动性的好坏,而炉渣流动性直接影响高炉顺行和生铁质量,因此它是高炉工作者最关心的一个炉渣性质指标。炉渣黏度是流动性的倒数。黏度是指速度不同的两层液体之间的内摩擦系数
炉渣黏度对高炉冶炼的影响,首先是黏度大小小影响成渣带以下料柱的透气性。炉渣黏度过高,则在滴落带不能顺利流动,降低焦炭骨架的空隙度,增加煤气阻力,影响高炉顺行。其次,黏度影响炉渣的脱硫能力。黏度低流动性好的炉渣有利于脱硫,黏度大流动性差的炉渣不利于脱硫。这是因为黏度低的炉渣有利于硫离子的扩散,促进脱硫反应。第三,炉渣黏度影响放渣操作。黏度过高的炉渣发生黏沟、渣口凝渣等现象,造成放渣困难。最后,炉渣黏度影响高炉寿命。黏度高的炉渣在炉内容易形成渣皮,起保护炉衬的作用,而黏度过低,流动性过好的炉渣冲刷炉衬,缩短高炉寿命。
】

【作业】第十五章 钛冶金 第十五章 作业

1、 问题:简述由钛铁矿生产人造金红石的方法？
评分规则: 【 原理是首先将精矿氧化焙烧，将二价铁氧化成三价铁和破坏钛铁矿的结构
然后在低于精矿熔化温度下，选择性还原分离铁
还原后的矿物经盐酸浸出法、硫酸浸出法、锈蚀法等方法除铁
最后焙烧获得人造金红石
】

2、 问题:阐述富钛料加碳氯化的必要性以及影响反应速度的因素，并论述提高反应速度的措施？
评分规则: 【 (1)温度    阿漯尼乌斯公式和反应速度公式可以说明温度对反应速度的影响：      Ln K=-E/R·T + B     -dw/dt = K·S·Cn从上式可知，T 升高，K 增大，反应率-dw/dt 增大
(2) 氯气流速的影响    v不变时，k 随 A(温度)变化,温度一定，k 随 v 呈指数 n 变化,n 的影响是通过气体力学特性改变起作用的，即随温度等条件的变化，流动性质由层流向湍流过渡，导致气流强烈搅拌，加快了扩散速度，提高了氯化反应速度。
】

3、 问题:现由钛铁精矿现工业生产钛的冶金过程包括那些主要步骤？
评分规则: 【 （1）钛铁矿还原熔炼生产富钛料
（2）氯化法分解富钛料生产四氯化钛
（3）粗四氯化钛提纯制取纯四氯化钛
（4）还原四氯化钛制取海绵金属钛
（5）真空熔炼制取金属钛锭
】

4、 问题:粗四氯化钛中主要有哪些杂质，简述各类杂质的出去原理？
评分规则: 【 （1）可溶性气体杂质：O2、N2、Cl2、HCl、COCl2、COS;
（2）可溶性液体杂质：CCl4、VOCl3、SiCl4、SnCl2、SOCl2;
（3）可溶性的固体杂质：AlCl3、FeCl3、NbCl5、TaCl5、MoCl5;
（4）不溶悬浮固体杂质:TiO2、SiO2、VOCl3、MgCl2、ZrCl4、FeCl2、MnCl2、CrCl3.
第（4）类不溶悬浮固体杂质（TiO2、SiO2、VOCl2、MgCl2、ZrCl4、FeCl2、MnCl2、CrCl3），可用固液分离方法除去，工业中因TiCl4中浆黏度大过滤困难，常采用沉降方法分离；
第（1）类气体杂质，在处理过程中随温度的升高而除去；第（2）和第（3）类杂质溶解在TiCl4中，属于难分离杂质，这类杂质可依据其沸点的不同除去。
】

5、 问题:化学法去除粗四氯化钛中VOCl3杂质主要有哪几种方法，论述各种方法的反应机理？
评分规则: 【 （1）铜法除钒、铝法除钒、硫化氢法除钒、有机物除钒。
（2）铜法除钒：         TiCl4+Cu—CuCl·TiCl3   CuCl·TiCl3+VOCl3=VOCl2↓+CuCl+TiCl4 
铝法除钒：            3TiCl4+Al(粉末)=3TiCl3+AlCl3   TiCl3+VOCl3=VOCl2↓+TiCl4  AlCl3+TiOCl2=TiCl4+AlOCl↓
硫化氢法除钒：       2VOCl3+H2S=2VOCl2↓+2HCl+S  TiCl4+H2S=TiSCl2 +2HCl  
有机物除钒：选用如矿物油或植物油与TiCl4中混合均匀，加热 (一般为120～138℃)使有机物碳化，新生的活性炭将VOCl3还原为VOCl2沉淀。
】

【作业】第六章 炼钢概述 第六章 作业

1、 问题:炼钢的基本任务是什么？通过哪些手段来实现？
评分规则: 【 炼钢的基本任务是：脱碳、脱磷、脱氧、脱硫，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。（光写“四脱”“二去”“二调整”不具体解释则0分）
采用主要的技术手段为：供氧、造渣、升温、加脱氧剂和合金化操作。
】

2、 问题:熔渣在炼钢中的作用体现在哪些方面？
评分规则: 【 有利作用：1.去除铁水和钢水中的硫、磷等有害元素，同时能将铁和其他有用元素的损失控制在最低限度内；
2.炼钢熔渣覆盖在钢液表面，保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体，保温，减少有益元素的烧损；
3.防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；
4.吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。
不利作用：1.侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重；
2.熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的收得率。
】

3、 问题:炼钢用原材料有哪些？
评分规则: 【 1.金属料，包括铁水、废钢、生铁、铁合金、海绵铁；（不作解释得3分）
2.非金属料，包括造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）、冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）、增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）；（不作解释得5分）
3.氧化剂，包括氧气、铁矿石、氧化铁皮。（不作解释得3分）
】

4、 问题:描述炉渣物理性质的指标有哪些？
评分规则: 【 熔点（5分）、黏度（5分）、密度（5分）、表面张力（5分）与界面张力（5分）。
】

【作业】第四章 高炉炉料和煤气运动 第四章 作业

1、 问题:影响燃烧带和回旋区大小的因素有哪些？
评分规则: 【 （1）鼓风参数（风量、风温、风压、湿度等）（2）燃料燃烧速度（3）上部炉料和煤气分布情况（4）喷吹煤粉
】

2、 问题:影响理论燃烧的温度的因素有哪些？
评分规则: 【 （1）鼓风温度（2）鼓风富氧度（3）喷吹燃料（4）鼓风湿度
】

3、 问题:如何改善块状带料柱的透气性？
评分规则: 【 （1）提高矿石和焦炭强度，减少入炉粉末（2）严格控制原料粒度（3）尽量使粒度均匀
】

4、 问题:煤气通过软熔带时的阻力损失受哪些因素影响？
评分规则: 【 （1）软熔层径向宽度（2）焦炭层厚度（3）层数（4）空隙度等
】